CN103270340B - 多级变速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级变速器，包括四个行星齿轮组、多个轴及切换元件，第一行星齿轮组太阳轮与第五轴连接，第五轴与第三行星齿轮组齿圈连接并能经第一离合器与连接于第二行星齿轮组行星架的第八轴连接，第八轴能经第二离合器与连接于第三和第四行星齿轮组太阳轮的第七轴连接，第一行星齿轮组行星架与驱动轴连接，驱动轴与第二行星齿轮组齿圈连接，第二行星齿轮组太阳轮与第九轴连接，第九轴能经第三离合器与第三轴连接，第三轴与第三行星齿轮组行星架连接并能经第一制动器耦联到壳体，第四行星齿轮组齿圈与第四轴连接，第四轴能经第二制动器耦联到壳体，从动轴与第四行星齿轮组行星架连接并能经第四离合器与连接于行星齿轮组齿圈的第六轴连接。

Description

多级变速器

技术领域

本发明涉及一种行星齿轮结构方式的多级变速器、特别是用于机动车的多级变速器。

背景技术

行星齿轮结构方式的多级变速器、特别是用于机动车的多级变速器根据现有技术包括行星齿轮组，这些行星齿轮组借助摩擦元件或者说切换元件、如离合器和制动器来切换并且通常与处于打滑作用下的并且按选择设有分接离合器的起动元件、如液力变矩器或液力偶合器相连接。

这样的行星齿轮结构方式的多级变速器例如由本申请人的DE199 49 507 A1已知；在这里，在驱动轴上设有两个不能切换的前置齿轮组，这两个前置齿轮组在输出侧产生两个转速，这两个转速除驱动轴的转速外按选择能这样地通过选择性地闭合所使用的切换元件接通到一个作用于从动轴上的可切换的双行星齿轮组上，使得为了从一个挡切换到相应下一个更高或更低的挡相应地仅须接通或断开所述两个刚好被操纵的切换元件中的一个切换元件。

在这里，在使用五个切换元件的情况下得到七个前进挡，在使用六个切换元件的情况下得到九个或十个前进挡。

此外由DE 29 36 969 A1已知一种九挡多级变速器，该九挡多级变速器包括八个切换元件和四个行星齿轮组，其中一个行星齿轮组用作分动器，而主变速器具有一个辛普森齿轮组和另一个用作逆转传动装置的行星齿轮组。

另外的多级变速器例如由本申请人的DE 10 2005 010 210 A1和DE 10 2006 006 637 A1已知。

通常，行星齿轮结构方式的能自动换挡的汽车变速器在现有技术中已经多次描述并且经历永远的进一步开发和改进。因此这些变速器应当要求小的结构耗费、特别是数量少的切换元件并且在顺序的换挡方式时应当避免双重切换、亦即接通或断开两个切换元件，使得在换挡时在限定的挡组中相应地仅仅变换一个切换元件。

由本申请人的DE 10 2008 000 428 A1已知一种行星齿轮结构方式的多级变速器，该多级变速器具有设置在一个壳体中的一个驱动部和一个从动部。在该已知的变速器中设有至少四个行星齿轮组(以下称作第一、第二、第三和第四行星齿轮组)、至少八个能转动的轴(以下称作驱动轴、从动轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴、第七轴和第八轴)以及至少六个切换元件(包括制动器和离合器)，这些切换元件的选择性接合引起在驱动部和从动部之间的不同传动比，从而优选能实现九个前进挡和一个倒挡。

在这里，第一和第二行星齿轮组优选构成为负传动比行星齿轮组、亦即构成为具有负的固定变速传动比()，该第一和第二行星齿轮组形成一个能切换的前置齿轮组，其中，第三和第四行星齿轮组形成一个主齿轮组。

在该已知的多级变速器中规定：第一和第二行星齿轮组的行星架经由第四轴相互耦联，该第四轴与主齿轮组的一个元件相连接；第一行星齿轮组的齿圈与第二行星齿轮组的太阳轮经由第八轴相耦联，该第八轴能经由第一离合器与驱动轴可松脱地连接；并且第一行星齿轮组的太阳轮能借助第三轴经由第一制动器耦联到变速器的壳体上并且能经由第二离合器与驱动轴可松脱地连接，其中，第二行星齿轮组的齿圈能借助第五轴经由第二制动器耦联到变速器的壳体上。此外，第七轴与主齿轮组的至少一个元件永久连接并且能经由第三制动器耦联到变速器的壳体上，其中，第六轴与主齿轮组的至少一个另外的元件永久连接并且能经由第三离合器与驱动轴可松脱地连接；从动轴与主齿轮组的至少一个另外的元件永久连接。

优选地，在该已知的变速器中第四轴永久地与第三行星齿轮组的齿圈相连接，其中，第六轴永久地与第四行星齿轮组的齿圈和第三行星齿轮组的行星架相连接并且能经由第三离合器与驱动轴可松脱地相连接。此外，第七轴永久地与第三和第四行星齿轮组的太阳轮相连接并且能经由第三制动器耦联到变速器的壳体上。输出在这里经由永久地与第四行星齿轮组的行星架相连接的从动轴进行。此外，第三和第四行星齿轮组可以组合或者减小成一个带有一个共同的行星架和一个共同的齿圈的拉威挪式齿轮组。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种开头所述类型的多级变速器，该多级变速器至少具有带有足够传动比的九个前进挡和一个倒挡，其中，结构耗费和结构尺寸、特别是结构长度、或重量得到优化并且此外在拖曳和啮合损失方面的效率得到改善。此外，在按照本发明的多级变速器中，小的支撑力矩应作用到切换元件上。按照本发明的变速器应特别是适合于在车辆中的纵向安装、但也适合于在车辆中的横向安装。

所述目的按照本发明通过如下的特征来实现。按照本发明的行星齿轮结构方式的多级变速器、特别是用于机动车的多级变速器包括驱动轴、从动轴、壳体、第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组和第四行星齿轮组，其中，各行星齿轮组分别包括一个太阳轮、一个行星架和一个齿圈，所述多级变速器包括多个能转动的轴以及多个切换元件，这些切换元件包括制动器和离合器，这些切换元件的选择性接合实现在驱动轴与从动轴之间的不同传动比，其中，驱动轴构成为第一轴并且从动轴构成为第二轴，第一行星齿轮组的太阳轮与第五轴相连接，该第五轴与第三行星齿轮组的齿圈相连接并且该第五轴能经由第一离合器与连接于第二行星齿轮组的行星架的第八轴可松脱地相连接，该第八轴能经由第二离合器与连接于第三行星齿轮组的太阳轮和第四行星齿轮组的太阳轮的第七轴可松脱地相连接，第一行星齿轮组的行星架与驱动轴连接，该驱动轴与第二行星齿轮组的齿圈相连接，其中，第二行星齿轮组的太阳轮与第九轴相连接，该第九轴能经由第三离合器与第三轴可松脱地相连接，该第三轴与第三行星齿轮组的行星架相连接并且该第三轴能经由第一制动器耦联到变速器的壳体上，第四行星齿轮组的齿圈与第四轴相连接，该第四轴能经由第二制动器耦联到变速器的壳体上，从动轴与第四行星齿轮组的行星架相连接并且从动轴能经由第四离合器与连接于第一行星齿轮组的齿圈的第六轴可松脱地相连接。

据此提出一种按照本发明的行星齿轮结构方式的多级变速器，该多级变速器具有设置在一个壳体中的驱动部和从动部。此外，设有至少四个行星齿轮组(以下称作第一、第二、第三和第四行星齿轮组)、九个能转动的轴(以下称作驱动轴、从动轴、第三轴、第四轴、第五轴、第六轴、第七轴、第八轴和第九轴)以及至少六个切换元件(包括制动器和离合器)，这些切换元件的选择性接合引起在驱动部和从动部之间的不同传动比，从而优选能实现九个前进挡和一个倒挡。

各行星齿轮组沿轴向方向观察优选按照第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第三行星齿轮组、第四行星齿轮组或第一行星齿轮组、第二行星齿轮组、第四行星齿轮组、第三行星齿轮组的顺序设置并且优选构成为负传动比行星齿轮组。

一个单级的负传动比行星齿轮组已知包括一个太阳轮、一个齿圈和一个行星架，在该行星架上可转动地支承有行星齿轮，这些行星齿轮分别与太阳轮和齿圈啮合。由此，齿圈在行星架固定的情况下具有与太阳轮相反的转动方向。与此相对地，一个单级的正传动比行星齿轮组包括一个太阳轮、一个齿圈和一个行星架，在该行星架上可转动地支承有内侧的和外侧的行星齿轮，其中，所有内侧的行星齿轮与太阳轮啮合、而所有外侧的行星齿轮与齿圈啮合，每个内侧的行星齿轮分别与一个外侧的行星齿轮啮合。由此，齿圈在行星架固定的情况下具有与太阳轮相同的转动方向并且正的固定变速传动比产生。

按照本发明，第一行星齿轮组的太阳轮与第五轴相连接，该第五轴与第三行星齿轮组的齿圈相连接并且能经由第一离合器与连接于第二行星齿轮组的行星架的第八轴可松脱地相连接，该第八轴能经由第二离合器与连接于第三行星齿轮组的太阳轮和第四行星齿轮组的太阳轮的第七轴可松脱地相连接。

此外，第一行星齿轮组的行星架与驱动轴连接，该驱动轴与第二行星齿轮组的齿圈相连接，其中，第二行星齿轮组的太阳轮与第九轴相连接，该第九轴能经由第三离合器与第三轴可松脱地连接，该第三轴与第三行星齿轮组的行星架相连接并且能经由第一制动器耦联在变速器的壳体上。

按照本发明，第四行星齿轮组的齿圈与第四轴相连接，该第四轴能经由第二制动器耦联在变速器的壳体上，其中，从动轴与第四行星齿轮组的行星架相连接并且能经由第四离合器与连接于第一行星齿轮组的齿圈的第六轴可松脱地相连接。

通过多级变速器的按照本发明的设计方案，得到特别适合于轿车的传动比以及多级变速器的提高的总速比范围，由此实现行驶舒适性的改善和显著的消耗降低。

此外，利用按照本发明的多级变速器通过数量少的切换元件显著降低结构耗费。利用按照本发明的多级变速器以有利的方式可以利用液力变换器、外部的起动离合器或者也利用其他适合的外部的起动元件实施起动。也可想到，利用集成在变速器中的起动元件能实现起动过程。优选地，在第一前进挡中和倒挡中被操纵的切换元件是适合的。

此外，在按照本发明的多级变速器中在主行驶挡中在拖曳和啮合损失方面得到好的效率。

此外，在多级变速器的切换元件和行星齿轮组中存在小的转矩，由此以有利的方式减小在多级变速器中的磨损。此外，通过小的转矩能实现相应小的尺寸化，由此减小所需的结构空间和相应的成本。此外，在各轴、切换元件和行星齿轮组中也存在小的转速。

变速器的离合器和制动器可以构造成摩擦切换元件或者说多片式切换元件，该摩擦切换元件或者说多片式切换元件具有如下优点，即，其能够在载荷下切换/能动力换挡。但本发明意义上的切换元件也可以构成为形锁合的切换元件、例如同步的或非同步的牙嵌离合器或制动器。按照本发明的变速器在此可以仅仅包括摩擦切换元件或者包括摩擦切换元件和形锁合的切换元件的组合。形锁合的切换元件在此优选用在如下的位置处，在这些位置处该切换元件不必能够在载荷下接通，这例如可以是在起动挡中的情况或者在很长时间变速的高挡中的情况，在这些高挡中由于小的牵引力水平在没有显著的舒适性损失的情况下能够容忍短的牵引力中断。由于按照本发明的变速器的紧凑的结构形式，它不仅适合于在车辆中的纵向安装、而且适合于在车辆中的横向安装。

另外，按照本发明的变速器这样设计，使得不仅在力流方向上、而且在空间方面能实现对于不同传动系设计方案的可匹配性。

优选地，能接通九个前进挡和一个倒挡，其中，第一前进挡通过闭合第一和第二制动器以及第二和第三离合器得到，第二前进挡通过闭合第二制动器以及第一、第二和第三离合器得到，第三前进挡通过闭合第二制动器和第二、第三和第四离合器得到，第四前进挡通过闭合第二制动器以及第一、第二和第四离合器得到，第五前进挡通过闭合第二制动器以及第一、第三和第四离合器得到，第六前进挡通过闭合所有的第一至第四离合器得到，第七前进挡通过闭合第一制动器以及第一、第三和第四离合器得到，第八前进挡通过闭合第一制动器以及第一、第二和第四离合器得到，以及第九前进挡通过闭合第一制动器以及第二、第三和第四离合器得到，其中，倒挡通过闭合第一和第二制动器以及第一和第三离合器得到。

附图说明

下面根据附图示例性地更详细地描述本发明。在这些图中：

图1示出一个按照本发明的多级变速器的一种优选实施形式的示意图；以及

图2示出用于按照图1的多级变速器的示例性换挡图。

具体实施方式

在图1中示出一个按照本发明的多级变速器，该多级变速器包括一个驱动轴1、一个从动轴2和四个行星齿轮组P1、P2、P3和P4，它们设置在一个壳体G中。各行星齿轮组P1、P2、P3和P4在图1所示的示例中构成为负传动比行星齿轮组。按照本发明，如果同时互换行星架和齿圈连接结构并且固定变速传动比的数值与作为负传动比行星齿轮组的构造相比提高了1，则至少一个行星齿轮组可以构造成负传动比行星齿轮组。

在所示的实施例中，各行星齿轮组沿轴向观察以P1、P2、P3、P4的顺序设置。

如由图1可看出，设有六个切换元件，即两个制动器03、04和四个离合器26、58、39和78。切换元件的空间布置可以是任意的并且仅仅由尺寸和外部造型限制。变速器的离合器和制动器优选构造成摩擦切换元件或者说多片式切换元件。

利用这些切换元件能实现九个前进挡和一个倒挡的选择性换挡。按照本发明的多级变速器总共具有九个能转动的轴，即轴1、2、3、4、5、6、7、8和9，其中，驱动轴形成变速器的第一轴，并且从动轴形成变速器的第二轴。

按照本发明，在按照图1的多级变速器中规定，第一行星齿轮组P1的太阳轮与第五轴5相连接，该第五轴与第三行星齿轮组P3的齿圈相连接并且能经由第一离合器58与连接于第二行星齿轮组P2的行星架的第八轴8可松脱地连接，该第八轴能经由第二离合器78与连接于第三行星齿轮组P3的太阳轮和第四行星齿轮组P4的太阳轮的第七轴7可松脱地相连接。

按照本发明并且参照图1，第一行星齿轮组P1的行星架与变速器的驱动轴1相连接，该驱动轴与第二行星齿轮组P2的齿圈相连接，第二行星齿轮组P2的太阳轮与第九轴9相连接，该第九轴能经由第三离合器39与第三轴3可松脱地连接，该第三轴与第三行星齿轮组P3的行星架相连接并且能经由第一制动器03耦联到变速器的壳体G上。

此外，第四行星齿轮组P4的齿圈与第四轴4相连接，该第四轴能经由第二制动器04耦联到变速器的壳体G上，其中，从动轴2与第四行星齿轮组P4的行星架相连接并且能经由第四离合器26与连接于第一行星齿轮组P1的齿圈的第六轴6可松脱地连接。

第一和第二制动器03、04沿轴向观察可以并排地设置。另外，第四离合器26和第二离合器78沿轴向观察优选可以设置在第一行星齿轮组P1和第二行星齿轮组P2之间。

在图2中示出按照图1的多级变速器的示例的换挡图。为每个挡闭合四个切换元件。从该换挡图可示例性地得出各个挡位的各自传动比i和由此能确定的向下一更高挡的挡速比间隔或者说挡位速比间隔φ，其中，值8.992是变速器的速比范围。

用于构造成负传动比行星齿轮组的行星齿轮组P1、P2、P3和P4的固定变速传动比的典型值分别是-2.292、-1.600、-1.600和-2.449。由图2可看出，在顺序的换挡方式时总是仅须接通一个切换元件并且断开一个切换元件，因为两个相邻的挡位共同使用三个切换元件。此外可看出，在多个小的挡速比间隔时得到一个大的速比范围。

第一前进挡通过闭合第一和第二制动器03、04以及第二和第三离合器78、39得到，第二前进挡通过闭合第二制动器04以及第一、第二和第三离合器58、78、39得到，第三前进挡通过闭合第二制动器04和第二、第三和第四离合器78、39、26得到，第四前进挡通过闭合第二制动器04以及第一、第二和第四离合器58、78、26得到，第五前进挡通过闭合第二制动器04以及第一、第三和第四离合器58、39、26得到，构造成直接挡的第六前进挡通过闭合所有的离合器26、39、58、78得到，第七前进挡通过闭合第一制动器03以及第一、第三和第四离合器58、39、26得到，第八前进挡通过闭合第一制动器03以及第一、第二和第四离合器58、78、26得到，以及第九前进挡通过闭合第一制动器03以及第二、第三和第四离合器78、39、26得到，其中，倒挡通过闭合第一和第二制动器03、04以及第一和第三离合器58、39得到。

在第一前进挡中和在第一倒挡中第一和第二制动器03、04以及第三离合器39闭合，由此可以使用这些切换元件作为起动元件。

按照本发明，即使在相同的变速器示意图中根据换挡逻辑的不同也得到不同的挡速比间隔，从而能实现对于应用和车辆特定的变型。

按照本发明，可以在多级变速器的每个适当的位置上设置附加的单向离合器(Freilauf)，例如在某一轴和壳体之间或者以便必要时连接两个轴。

按照本发明，在驱动侧或者在从动侧可以设置轴间差速器和/或轮间差速器。

在一种有利的进一步改进方案的范围内，驱动轴1可以通过一离合元件按照需要同驱动马达分开，其中，作为离合元件可以使用液力变换器、液压离合器、干式起动离合器、湿式起动离合器、磁粉离合器或离心力离合器。也可以将这样的起动元件沿力流方向设置在变速器下游，其中，在这种情况下驱动轴1永久地与驱动马达的曲轴连接。

此外，按照本发明的多级变速器能实现扭转减震器设置在驱动马达和变速器之间。

在本发明的另一种未示出的实施形式的范围内，可以在每个轴上、优选在驱动轴1或从动轴2上设置有无磨损的制动器、例如液压或电力的减速器或类似物，这特别是对于在商用车中的使用有特别意义。此外，为了驱动在每个轴上的、优选在驱动轴1或从动轴2上的附加机组可以设有副从动部。

所使用的摩擦切换元件可以构成为可动力切换的离合器或制动器。特别是可以使用力锁合的离合器或制动器、例如多片式离合器、手动制动器和/或锥体离合器。

这里所提出的多级变速器的另一优点在于，在每个轴上作为发电机和/或作为附加的驱动机可安装电机。

附图标记

1   第一轴，驱动轴

2   第二轴，从动轴

3   第三轴

4   第四轴

5   第五轴

6   第六轴

7   第七轴

8   第八轴

9   第九轴

03  第一制动器

04  第二制动器

26  第四离合器

39  第三离合器

58  第一离合器

78  第二离合器

P1  第一行星齿轮组

P2  第二行星齿轮组

P3  第三行星齿轮组

P4  第四行星齿轮组

i   传动比

Φ  挡速比间隔

G   壳体

Claims (6)

1.行星齿轮结构方式的多级变速器，包括驱动轴(1)、从动轴(2)、壳体(G)、第一行星齿轮组(P1)、第二行星齿轮组(P2)、第三行星齿轮组(P3)和第四行星齿轮组(P4)，其中，各行星齿轮组分别包括一个太阳轮、一个行星架和一个齿圈，所述多级变速器包括多个能转动的轴(1、2、3、4、5、6、7、8、9)以及多个切换元件，这些切换元件包括制动器(03、04)和离合器(26、39、58、78)，这些切换元件的选择性接合实现在驱动轴(1)与从动轴(2)之间的不同传动比，其中，驱动轴(1)构成为第一轴并且从动轴(2)构成为第二轴，第一行星齿轮组(P1)的太阳轮与第五轴(5)相连接，该第五轴与第三行星齿轮组(P3)的齿圈相连接并且该第五轴能经由第一离合器(58)与连接于第二行星齿轮组(P2)的行星架的第八轴(8)可松脱地相连接，该第八轴能经由第二离合器(78)与连接于第三行星齿轮组(P3)的太阳轮和第四行星齿轮组(P4)的太阳轮的第七轴(7)可松脱地相连接，第一行星齿轮组(P1)的行星架与驱动轴(1)连接，该驱动轴与第二行星齿轮组(P2)的齿圈相连接，其中，第二行星齿轮组(P2)的太阳轮与第九轴(9)相连接，该第九轴能经由第三离合器(39)与第三轴(3)可松脱地相连接，该第三轴与第三行星齿轮组(P3)的行星架相连接并且该第三轴能经由第一制动器(03)耦联到变速器的壳体(G)上，第四行星齿轮组(P4)的齿圈与第四轴(4)相连接，该第四轴能经由第二制动器(04)耦联到变速器的壳体(G)上，从动轴(2)与第四行星齿轮组(P4)的行星架相连接并且从动轴能经由第四离合器(26)与连接于第一行星齿轮组(P1)的齿圈的第六轴(6)可松脱地相连接。

2.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，设有九个能转动的轴即第一至第九轴(1、2、3、4、5、6、7、8、9)以及六个切换元件即两个制动器(03、04)和四个离合器(26、39、58、78)。

3.根据权利要求1所述的多级变速器，其特征在于，所述第一至第四行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)构成为负传动比行星齿轮组。

4.根据权利要求2所述的多级变速器，其特征在于，所述第一至第四行星齿轮组(P1、P2、P3、P4)构成为负传动比行星齿轮组。

5.根据权利要求1至4之一所述的多级变速器，其特征在于，能接通九个前进挡和一个倒挡，其中，第一前进挡通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第二和第三离合器(78、39)得到，第二前进挡通过闭合第二制动器(04)以及第一、第二和第三离合器(58、78、39)得到，第三前进挡通过闭合第二制动器(04)和第二、第三和第四离合器(78、39、26)得到，第四前进挡通过闭合第二制动器(04)以及第一、第二和第四离合器(58、78、26)得到，第五前进挡通过闭合第二制动器(04)以及第一、第三和第四离合器(58、39、26)得到，第六前进挡通过闭合所有的第一至第四离合器(58、78、39、26)得到，第七前进挡通过闭合第一制动器(03)以及第一、第三和第四离合器(58、39、26)得到，第八前进挡通过闭合第一制动器(03)以及第一、第二和第四离合器(58、78、26)得到，以及第九前进挡通过闭合第一制动器(03)以及第二、第三和第四离合器(78、39、26)得到，其中，倒挡通过闭合第一和第二制动器(03、04)以及第一和第三离合器(58、39)得到。

6.根据权利要求1至4之一所述的多级变速器，其特征在于，所述多级变速器是用于机动车的多级变速器。